Hidrogén előállítása – a hidrogéntermelés áttekintése.

A hidrogén a jövő energiahordozójának számít, különösen akkor, ha azt megújuló forrásból származó villamos energiából állítják elő. Más előállítási módoknak azonban még mindig megvan a megfelelő helyük globális szinten. Nem számít, mennyire klímasemlegesek ezek a módszerek, és milyen színnel „címkézik fel” a hidrogént az előállítás után, a kémiai tulajdonságai ugyanazok.

A hidrogéntermelők ipari szinten számos előállítási módszert alkalmazhatnak. Az előállítási eljárástól és az előállításhoz felhasznált energiától függően a hidrogént különböző színekkel jelölik, amelyek az adott előállítási módszer éghajlatra gyakorolt hatására utalnak.

A zöld hidrogén víz elektrolízisével készül, kizárólag megújuló energiaforrásokból (például nap- és szélenergiából) származó villamos energia felhasználásával. Az alkalmazott elektrolízis technológiától függetlenül a zöld hidrogén előállítása teljesen szénmentes eljárás. Az előállítási módszer tehát klímasemleges.

A szürke hidrogént fosszilis tüzelőanyagokból állítják elő gőzreformálással. A folyamat során a légkörbe kerülő CO2 hozzájárul az üvegházhatáshoz. Egy tonna hidrogén előállítása körülbelül tíz tonna CO2-t termel.

A kék hidrogént ugyanúgy állítják elő, mint a szürke hidrogént. A keletkező CO2-t azonban felfogják és tartósan tárolják. Ezt a technológiát szén-dioxid-leválasztásnak és -tárolásnak (CCS) nevezik. Ezzel a technológiával a gőzreformálás során keletkező CO2 nem kerül a légkörbe. Ezért ez a módszer is klímasemleges. A szén-dioxid tárolásának hosszú távú hatásai még nem ismertek.

A türkiz hidrogént a metán termikus krakkolásával (metán pirolízis) állítják elő. Ez a folyamat szilárd szenet eredményez. Ahhoz, hogy a türkiz hidrogén szén-dioxid-semleges legyen, a magas hőmérsékletű reaktorba juttatott hőnek megújuló energiaforrásokból kell származnia, a szénnek pedig tartósan megkötött állapotban kell maradnia.

Mivel a hidrogén a természetben csak kémiai vegyületek formájában fordul elő, hidrogénben gazdag alapanyagokból kell azt leválasztani, katalizátorként energiát használva. Ezek a forrásanyagok lehetnek földgáz és más szénhidrogének, mint például nyersolaj, biomassza, természetesen víz és más hidrogéntartalmú vegyületek. Ezután villamos, kémiai vagy termikus energiát használnak fel ezen anyagok összetevőinek szétválasztására ahhoz, hogy tiszta hidrogént nyerjenek.

Az elektrolízis elve egyszerű. Az elektrolízisre elektromos feszültséget kapcsolva a vizet (H2O) alkotóelemeire választják szét: hidrogénre (H2) és oxigénre (O). A folyamat a következőképpen működik:

• Legegyszerűbb formájában az elektrolizátor tartalmaz egy katódot (negatív töltés), egy anódot (pozitív töltés) és egy membránt.
• A teljes rendszerhez tartoznak még szivattyúk, szellőzőnyílások, tárolótartályok, áramforrás, szeparátor és egyéb komponensek.
• Az áram az anódon és a katódon keresztül a protoncserélő membránon (PEM) átfolyik, és a vizet alkotórészeire, azaz hidrogénre és oxigénre bontja.
• A hidrogénmolekulákat felfogják és összegyűjtik.

Az elektrolízissel előállított hidrogén egy következő technológiai lépésben metángázzá is átalakítható (CCU: szén-dioxid leválasztás és hasznosítás). Ez a metángáz betáplálható a gázhálózatba és elszállítható a fogyasztókhoz. Alternatív megoldásként gáztároló létesítményekben is tárolható. A szintetikus metán (SNG) előállítása során melléktermékként víz és hő keletkezik.

A napjainkban előállított hidrogén közel felét még mindig a hagyományos módszerrel, a földgáz gőzzel történő reformálásával állítják elő. Ezzel a módszerrel a földgázt gőzzel hidrogénre és szén-dioxidra (CO2) bontják. A keletkező CO2 tárolható (CCS: szén-dioxid-leválasztás és -tárolás), vagy felhasználható a későbbi ipari folyamatokban (CCU: szén-dioxid leválasztás és hasznosítás).

A metán pirolízis egy alapvetően új technológia, amely a földgázt vagy biometánt egy magas hőmérsékletű reaktorban közvetlenül hidrogénre és szilárd szénre bontja. Ez a módszer ehhez képest kevés energiát igényel. A keletkező, szilárd formában megkötött szén ezután ipari szinten tovább feldolgozható. Az eljárás során biomassza is felhasználható alapanyagként. S ha a folyamat megújuló energiákból származó villamos energiával működik, egyáltalán nem keletkeznek üvegházhatású gázok.

Az ún. „power-to-x” technológiák szorosan kapcsolódnak a hidrogén előállítási módszeréhez. Ezek a technológiák jelölik azokat az energiakoncepciókat, amelyek a jövőben fenntartható szerepet fognak játszani:

• A power-to-x eljárások az elektromos áramot, a vizet és a CO2-t más termékekké alakítják át.
• A „power-to-gas” módszerrel gáznemű anyagokat, például hidrogént vagy metánt állítanak elő.
• A „power-to-chem” eljárás ipari feldolgozásra szánt vegyi anyagokat állít elő.
• A „power-to-fuel” eljárással szintetikus üzemanyagokat (ún. „e-fuels”/e-üzemanyagokat) állítanak elő.

A gáznemű vagy folyékony üzemanyagok előállítása tehát két előállítási láncból tevődik össze: a hidrogén előállításából (power-to-gas) és a metán előállításából (power-to-liquid).

Megújulóenergia-létesítmények üzemeltetőjeként, energiaszolgáltatóként, gázhálózat-üzemeltetőként, gázelosztóként, üzemek gyártójaként vagy biomasszaátalakító üzemek üzemeltetőjeként stb. Ön nagymértékben kihasználhatja a hidrogénben rejlő lehetőségeket. Tapasztalt szakértőink számos kihívás megoldásánál támogatják Önt:

• Új üzleti modellek kidolgozása és létrehozása
• Technológiaválasztás, finanszírozási lehetőségek és jövedelmezőségi számítások
• Az Ön személyzetének képzése a hidrogén biztonságos kezelését illetően
• Életciklus-értékelések és tanúsítás a CO2-lábnyomra és a zöld hidrogénre vonatkozóan
• Új hidrogéntermelő üzemek építésének felügyelete
• Hidrogéntermelő üzemek átvételi tesztelése, megfelelőségértékelése és típusvizsgálata.
• Power-to-gas (villamos energia gázzá alakítása) rendszerek jóváhagyása
• Teljesítményigazolás hatékonysági garanciákhoz és kihasználtsági arány garanciákhoz
• „Zöld hidrogén” tanúsítvány